Умная обшивка для самолетов

    «Интеллектуальная обшивка» может применяеться не только в авиации. Американская компания TARDEC ведет опыты по созданию защитного материала для танков, бронемашин а также бронежилетов, что сам просигнализирует о вероятных повреждениях.
    На пороге 6-го поколения. В соответствии с заявлениям разработчиков, в обшивку российского ПАК ФА Т-50 возможно интегрировано до 1500 сенсоров, объединенных в одну совокупность.

Авиационная интеллектуальная обшивка (ИО), какой мы видим ее в будущем, — это распределенная многофункциональная роботизированная совокупность миниатюрных приемопередающих модулей радиолокационного и оптико-локационного назначения, и модулей для ведения кибервойны. Модули в определенном топологическом порядке вживляются в материал ИО, которая совершенно верно повторяет обводы корпуса летательного аппарата.

Материал обшивки — это также «умная» субстанция, способная к самовосстановлению, а основное, она в состоянии самостоятельно реагировать на внешнее действие. Подобные материалы могут диагностировать себя, они «ощущают», где смогут появиться неприятности, и адаптируются к ним. Такие материалы получаются на базе неестественных наноструктурированных композитов и метаматериалов, имеющих внутреннюю структуру нанометрового масштаба.Умная обшивка для самолетов

В этих структурах употребляются наночастицы различных химических элементов: металлов, кремния и др.

В качестве полимерной базы композита возможно применить полиэтилен, полипропилен, полиэтиленгликоль, тефлон и др. Так, smart skin — это важная программа создания совокупности прорывных разработок, в которую вовлечены многие фирмы и организации развитых государств.

В то время, когда уместны аналогии

Считается, что ИО будет применять многие свойства животных и кожного покрова человека, и не только в плане защиты от окружающей среды. Эта «кожа» обеспечит осведомленность обо всем, что имеется около ЛА, снабдит его нужной информацией для исполнения целевой задачи — в частности, для идентификации и обнаружения цели, пуска и прицеливания оружия.

Она кроме этого будет использована для принятия мер противодействия при прямых угроз и возникновении опасности ЛА. В ИО, как и в коже, будут сенсоры (рецепторы), настроенные на исполнение своеобразных функций. Само собой разумеется, для управления ИО будет применен ИИ, обеспечен большой уровень роботизации, будет учитываться «поведение» материала обшивки.

Еще одну занимательную аналогию возможно совершить с феноменом так называемой кожно-гальванической реакции. Суть этого феномена в трансформации электрического сопротивления кожи человека в зависимости от разнообразные эмоциональных всплесков. Данной темой еще с позапрошлого века интересовались по большей части не инженеры, а психологи, каковые пробовали увязать трансформации электрических особенностей кожного покрова с конкретными реакциями нервной совокупности.

Но сама мысль постоянного мониторинга особенностей кожи/обшивки для своевременного обнаружения неприятностей может оказаться продуктивной и в области техники.

Это не верно давно показала американская компания TARDEC. Она совершила опробования нового типа брони танка, которая не только фиксирует показания, но и оценивает степень разрушения, размер пробоины а также тип прилетевшего снаряда. Таковой эффект обеспечивается встроенными в броню вибродатчиками, образующими связанные информационные пары, каковые реагируют на темперамент разрушения брони.

Датчик-излучатель генерирует вибросигналы, а те распространяются в броне и поступают на датчик-приемник. В случае если параметры принимаемого вибросигнала не отличаются от нормы, то все прекрасно: пробоин до тех пор пока нет. В случае если же приема нет либо сигнал ослаблен, вероятнее, броня взяла дырку.

Бортовой компьютер разбирает эти сенсоров и информирует результаты анализа экипажу, что обязан принять нужные меры.

В позапрошлом году показалось сообщение о том, что инженеры Стэнфордского университета трудятся над обшивкой для самолета, пронизанной сетью связанных между собой сенсоров, каковые имели возможность бы собирать данные со всей поверхности летательного аппарата, начиная с аэродинамических данных и заканчивая данными локации окружающего пространства — с целью предупреждения столкновений.

В базе этого проекта, как нетрудно подметить, биомиметика, либо бионика, другими словами подражание природе, создавшей усеянный рецепторами кожный покров.

Напрашивается и еще одна аналогия — с непроизвольными, на уровне рефлекса, реакциями живого организма. При ярком свете рефлекторно закрываются глаза, рука самопроизвольно отдергивается от тёплого. Подобные рефлексы возможно привить «умным материалам (к примеру, с памятью формы) и кроме этого применять их в интеллектуальной обшивке.

Антенный конформизм

История ИО началась с конформных антенн, каковые названы так вследствие того что повторяют обводы корпуса самолета. Начальная задача была в том, чтобы эти элементы не выступали наружу, увеличивая лобовое сопротивление ЛА. Переход на технологии конформных антенных решеток, содержащих много приемопередающих модулей многих бортовых радиосистем (их на современном ЛА уже несколько дюжина), разрешает создать единый антенный блок многофункциональной интегрированной радиосистемы (МИРС), охватывающей различные рабочие частотные диапазоны.

Антенные решетки были очень технологичными для конформной компоновки в корпусе самолета, поскольку маленькие габариты приемопередающих модулей разрешали лучше отследить кривизну поверхности бортовой обшивки.

Первоначально антенны крепились к корпусу посредством механических резьбовых либо заклепочных соединений, что, по большому счету говоря, не весьма технологично. В конце прошлого века показались конформные антенные решетки с эластичной подложкой из особого полимерного материала, в который вживлялись приемопередающие модули.

Толщина антенны выяснялась, так, небольшой, и она достаточно«» к корпусу наподобие переводной картины. А это уже было весьма важным шагом на встречу к будущим полноразмерным ИО, каковые смогут не только решать стандартные задачи обнаружения целей, но и определять, какой конкретно ущерб должен быть им нанесен. К примеру, при противоракетной обороны это возможно ослепление головки самонаведения, кибератака с целью вывода из строя бортовых совокупностей либо легко уничтожение перехваченной ракеты соперника.

какое количество осталось уровней?

На Западе и у нас приняты весьма похожие оценки уровня готовности разработок для применения в военной технике. Всего таких уровней девять, и по ним определяется состояние разработки разработок и оценивается возможность ее получения на каждом уровне. Кроме этого имеется представление о наступлении критического уровня, на котором должно быть принято кардинальное ответ об остановке работы либо ее продолжении.

К примеру, «мозговой трест» Пентагона — агентство DARPA — вычисляет критическим уровень 6, на котором возможность успеха образовывает 0,55−0,65. Именно на этом уровне 6 и находятся сегодняшние разработки ИО. К 2020 году ожидается выход на уровень 8 (возможность успеха 0,75−0,85), а к 2025-му выход на последний уровень 9 с завершением разработок.

DARPA уверен в том, что полноразмерная ИО сможет показаться в первой половине 30-ых годов XXI века на истребителях 6-го поколения. Дабы перейти от абстрактных цифр к конкретике, стоит пояснить, что именно подразумевается под уровнями 6−9.

6-й уровень предполагает создание прототипа — демонстратора разработки. Потому, что данный уровень есть критическим, от успеха опробований демонстратора зависит будущее проекта в целом. На 7-м уровне требуется успешный показ работоспособности прототипа в настоящих условиях либо при их имитации.

8-й уровень предполагает демонстрацию предсерийного примера, и, наконец, 9-й уровень ознаменуется принятием на вооружение и боевым применением новой техники в настоящих условиях.

С мнением американцев в целом солидарны и отечественные эксперты. По оценкам представителей НИИП им. В.В.

Тихомирова — разработчика МИРС для ПАК ФА Т-50, ИО в полноразмерном варианте покажется на отечественных самолетах поколения 6. Комплекс ИО будет содержать приемопередающие модули радиолокации, оптические сенсоры, и модули для ведения кибератак.

В нем будет находиться ПО для управления ИО в качестве децентрализованной роботизированной распределенной совокупности.

Было заявлено, что последовательность элементов ИО уже создан и конкретно для Т-50, а их использование разрешит расширить территорию обзора около самолета. На поверхности корпуса Т-50 возможно распределено порядка 1500 миниатюрных приемопередающих модулей антенны с фазированной решеткой. Модули будут устанавливаться поэтапно.

Разработчики уверены в том, что технологии ИО требуют ее закладки в конструкцию самолета уже на реализации и этапе проектирования совместно с изготовлением корпуса ЛА. По данной причине ИО не может быть использована в качестве новой разработки для модернизации серийных самолетов, поскольку ее принципиально нереально встроить в их корпус.

Вторая математика

на данный момент простые бортовые радиолокационные станции трудятся по методам пространственно-временной адаптивной обработки сигналов с учетом влияния интерференции волн. Такая разработка возможно привязана и к одномерным плоским антенным решеткам, результирующий сигнал с которых будет несложной суперпозицией сигналов точечных излучателей не учитывая их взаимовлияния.

Для БРЛС с конформными антенными решетками многие допущения, применяемые в моделях адаптивной обработки информации с плоских антенных решеток, попросту не трудятся: в них отсутствуют уравнения поверхности конформной решетки, а она часто имеет весьма сложную пространственную архитектуру.

Сложная архитектура — это кроме этого и неприятность компоновки антенны на корпусе ЛА, в особенности, в случае если речь заходит об интеллектуальной обшивке, которая обязана выступать в роли объединенного бортового локатора. Приходится иметь дело с солидным числом встроенных в обшивку приемопередающих модулей (их возможно 103−104 штук), образующих распределенную совокупность со своеобразной топологией. В противном случае не решить проблему электромагнитной диаграмм совместимости и согласования направленности.

И все это должно быть заложено в алгоритмическое обеспечение работы обшивки. Для аналогичных конформных антенных совокупностей не годится классическая математика с понятием сигналов в пространстве целочисленной размерности и ровных функций. Нужна совсем вторая математика, но изобретать ее не придется: ее базы уже созданы Лейбницем, Риманом, Абелем, Лагранжем, Летниковым, Хевисайдом.

Она используется в расчетах процессов теплообмена, диффузии, вязкой упругости, в космогонии, ядерной физике, где приходится иметь дело со сложными пространственными флуктуациями фазовых переходов, с неустойчивостью в критических точках, с областями существования на «изрезанных» поверхностных структурах.

Ветви фракталов

Вследствие этого возможно сделать два предположения. Первое — о том, что эта вторая, «дробная» математика отыщет собственный использование в разработках интеллектуальных обшивок. Второе предположение касается возможности появления фрактальных разработок, каковые, кстати, отлично применяют аппарат «дробной» математики с дробными операторами.

В ИО будущего мы заметим фрактальные антенны, фрактальные многослойные сэндвичи, фрактальные частотно-избирательные поверхности и в возможности целые фрактальные устройства и радиосистемы. Этими увлекательнейшими вещами занимаются в Университете электроники и радиотехники (ИРЭ) им. В.А.

Котельникова РАН, в котором уже взяты многообещающие теоретические и практические результаты.

Благодаря способности фрактальных структур к масштабированию смогут быть созданы легкие и малогабаритные рабочие элементы радиосистем, легко встраиваемые в обшивку со сложной пространственной архитектурой поверхности.

Статья «Самолет всезнающий» размещена в издании «Популярная механика» (№131, сентябрь 2013).

Wi-Fi-модуль A6501 (ESP8266) для миниатюрных применений


Удивительные статьи:

Похожие статьи, которые вам понравятся:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: